KR102277341B1 - 배터리 모듈 랙하우징의 연결 구조 - Google Patents

배터리 모듈 랙하우징의 연결 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배터리 모듈의 랙하우징을 연결하는 구조에 있어서: 후면에 연결구(17)를 갖춘 하우징(10); 상기 하우징(10)의 전면에서 양극터미널(21)과 음극터미널(22)을 개재하여 다수로 적층된 배터리(15)를 직렬로 연결하는 전면결선부재(20); 상기 하우징(10)의 후면에서 복수의 양극터미널(21)과 복수의 음극터미널(22)을 병렬로 연결하는 후면결선부재(30); 및 상기 하우징(10)을 횡으로 연결하는 경우 인접한 연결구(17)를 통하여 병렬회로를 구성하는 연결버스바(40);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 다수의 배터리를 랙 상에 수용하여 에너지 저장 시스템으로 활용함에 있어서 랙하우징을 개방하지 않고 외부에서 횡으로 병렬 연결이 가능하여 작업성과 내구성 향상에 일조하는 효과가 있다.

Description

배터리 모듈 랙하우징의 연결 구조{Connection construction for battery module rack housing}
본 발명은 배터리 모듈 랙하우징에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 다수의 배터리를 랙 상에 수용하여 에너지 저장 시스템으로 활용되는 배터리 모듈 랙하우징의 연결 구조에 관한 것이다.
범세계적으로 신재생에너지의 확대와 더불어 전력산업의 효율성을 제고하는 장점에 기인하여 에너지 저장 시스템(ESS, Energy Storage System)의 활용성이 급속히 증대되고 있다. ESS는 랙 상에 다수의 배터리를 적층 상태로 지지하면서 전기적으로 직병렬로 연결한 모듈 구성을 갖춘다. ESS의 랙하우징은 전체 시스템 용량에 맞춘 수량으로 횡으로 연결되며, 설치 현장에서 외부 먼지 등이 유입되지 않도록 진행하는 것이 바람직하다.
배터리 모듈의 연결과 관련되어 참조할 수 있는 선행기술문헌으로서 한국 등록특허공보 제1799096호(선행문헌 1), 한국 등록특허공보 제1321687호(선행문헌 2) 등이 알려져 있다.
선행문헌 1은 케이스에 구비되어 하나의 배터리모듈에 있는 다수개의 배터리셀에 각각 전기적으로 연결되어 직렬로 연결하는 버스바들과, 케이스에 구비되고 버스바들의 직렬연결된 양단에 연결되어 인접한 배터리모듈과 직렬연결되는 제1 및 제2 외부연결버스바를 포함한다. 이에, 하나의 장치로 배터리셀들과 배터리모듈을 각각 직렬로 연결하는 효과를 기대한다.
선행문헌 2는 단위배터리의 전면에 극성 별로 배치되는 버스바를 각각 구비하고, 버스바는 단위배터리가 이웃하는 다른 단위배터리와 결합되는 경우, 결합되는 다른 단위배터리의 버스바에 결합되도록 밴딩가능하며, 단위배터리의 전면에 극성 별로 배치되는 터미널 볼트를 구비한다. 이에, 버스바의 수를 줄여 에너지손실과 제조 비용을 절감하는 효과를 기대한다.
그러나, 선행문헌은 배터리모듈 또는 단위배터리의 직렬 연결을 요체로 하므로 에너지 저장 시스템에 적용하기에 한계성을 드러낸다.
한국 등록특허공보 제1799096호 "배터리모듈용 직렬연결장치" (공개일자 : 2017.06.28.) 한국 등록특허공보 제1321687호 "단위배터리의 직렬연결 구조 및 이를 이용한 배터리" (공개일자 : 2013.07.08.)
상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 다수의 배터리를 랙 상에 수용하여 에너지 저장 시스템으로 활용함에 있어서 랙하우징을 개방하지 않고 외부에서 횡으로 병렬 연결이 가능한 배터리 모듈 랙하우징의 연결 구조를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 배터리 모듈의 랙하우징을 연결하는 구조에 있어서: 후면에 연결구를 갖춘 하우징; 상기 하우징의 전면에서 양극터미널과 음극터미널을 개재하여 다수로 적층된 배터리를 직렬로 연결하는 전면결선부재; 상기 하우징의 후면에서 복수의 양극터미널과 복수의 음극터미널을 병렬로 연결하는 후면결선부재; 및 상기 하우징을 횡으로 연결하는 경우 인접한 연결구를 통하여 병렬회로를 구성하는 연결버스바;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 하우징의 연결구는 일측과 타측의 대칭적 위치에 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 후면결선부재는 양단에 각각 단자블록을 갖춘 양극버스바와 음극버스바를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 후면결선부재는 전면결선부재와 와이어를 이용하여 설정된 경로로 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 변형예로서, 상기 단자블록은 연결버스바에 맞물리는 구배부를 갖춘 가동후크를 더 구비하고, 가동후크는 설정치 이상의 충격에서 파단되는 가동편을 통하여 결합을 유지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 연결버스바는 방수성, 방진성, 전자기 차폐성을 갖춘 케이스에 개폐 가능하게 밀폐되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 변형예로서, 상기 후면결선부재는 연결버스바의 탄성변형을 유발하도록 완충편을 더 구비하고, 상기 연결버스바는 탄성변형을 유발하도록 적층부를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 다수의 배터리를 랙 상에 수용하여 에너지 저장 시스템으로 활용함에 있어서 랙하우징을 개방하지 않고 외부에서 횡으로 병렬 연결이 가능하여 작업성과 내구성 향상에 일조하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 구조가 적용된 랙하우징의 구성도
도 2는 본 발명에 따른 주요부를 상면 확대로 나탸내는 구성도
도 3은 본 발명에 따른 주요부를 후면 확대로 나타내는 구성도
도 4는 본 발명에 따른 단자블록을 중심으로 나타내는 구성도
도 5는 본 발명에 따른 구조의 변형예를 나타내는 모식도
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 배터리 모듈의 랙하우징을 연결하는 구조에 관하여 제안한다. 에너지 저장 시스템(ESS, Energy Storage System)의 배터리를 수용하는 랙하우징을 대상으로 하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다.
본 발명에 따르면 하우징(10)이 후면에 연결구(17)를 갖춘 구조이다.
도 1을 참조하면, 2개의 하우징(10)이 횡방향의 병렬회로로 연결된 상태를 나타낸다. 각각의 하우징(10)은 전면의 도어(11)와 5면의 패널(12)을 갖춘 캐비닛 구조이다. 도 1의 우측 하우징(10)은 내부가 드러나도록 도어(11)와 일부 패널(12)을 제거한 상태이다. 하우징(10)의 내부에는 랙(13) 상에 수직 적층된 다수의 배터리(15)를 수용한다. 하우징(10)의 후면에는 횡으로 기계적ㆍ전기적으로 연결하기 위한 연결구(17)를 구비한다.
한편, 하우징(10)은 ESS와 관련되어 규정되는 방수, 방진, 방음의 실링 기능을 기반으로 하여 단열성, 절연성, 난연성, 전자기 차폐성 등의 물성을 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 하우징(10)의 연결구(17)는 일측과 타측의 대칭적 위치에 형성되는 것을 특징으로 한다.
도 1에서, 하우징(10)의 후면 상단부에 인접하여 2개의 연결구(17)가 나타난다. 하우징(10)의 중심을 지나는 수직선을 기준으로 일측 연결구(17)와 타측 연결구(17)는 정확하게 대칭되는 위치에 배치된다. 이는 하우징(10)을 횡으로 연결할 때 후술하는 연결버스바(40)처럼 동일한 부재를 사용하기 위함이다. 하우징(10)의 하단부에 인접하여 기계적 연결을 위한 연결구를 더 구비한다.
또한, 본 발명에 따르면 전면결선부재(20)가 상기 하우징(10)의 전면에서 양극터미널(21)과 음극터미널(22)을 개재하여 다수로 적층된 배터리(15)를 직렬로 연결하는 구조를 이루고 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 랙(13) 상에서 일측으로 적층된 배터리 모듈과 타측으로 적층된 배터리 모듈이 나타닌다. 일측 모듈과 타측 모듈은 상단에 인접하여 각각의 단자대(24)로 지지되는 양극터미널(21)과 음극터미널(22)을 갖춘다. 양극터미널(21)과 음극터미널(22)은 각각의 배터리 모듈을 직렬로 연결한다. 양극터미널(21), 음극터미널(22), 단자대(24)는 유지ㆍ보수의 편의성을 위해 하우징(10)의 전면으로 배치되는 것이 좋다.
또한, 본 발명에 따르면 후면결선부재(30)가 상기 하우징(10)의 후면에서 복수의 양극터미널(21)과 복수의 음극터미널(22)을 병렬로 연결하는 구조를 이루고 있다.
도 1 및 도 2에서, 하우징(10)의 후면에 후면결선부재(30)가 설치된 상태를 나타낸다. 일측 단자대(24)의 양극터미널(21)과 음극터미널(22)이 후면결선부재(30)로 연결되는 동시에 타측 단자대(24)의 양극터미널(21)과 음극터미널(22)도 후면결선부재(30)로 연결된다. 결과적으로 후면결선부재(30)는 일측 배터리 모듈과 타측 배터리 모듈을 병렬로 연결한다. 이에 각각의 하우징(10)은 후면에서 하나의 양극터미널 및 하나의 음극터미널로 통합된다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 후면결선부재(30)는 양단에 각각 단자블록(34)을 갖춘 양극버스바(31)와 음극버스바(32)를 구비하는 것을 특징으로 한다.
도 1 및 도 2에서, 후면결선부재(30)를 이루는 양극버스바(31)와 음극버스바(32)가 단자블록(34)을 갖춘 상태를 나타낸다. 양극버스바(31)와 음극버스바(32)는 하우징(10)의 내부 후면에 상하로 일정한 간격으로 배치된다. 양극버스바(31)는 복수의 양극터미널(21)과 연결되고, 음극버스바(32)는 복수의 음극터미널(22)과 연결된다. 양극버스바(31)와 음극버스바(32)는 각각의 양단에 도전성을 지닌 단자블록(34)을 구비한다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 하우징(10)의 연결구(17)에 단자블록(34)이 일부 노출된 상태를 나타낸다. 단자블록(34)은 내측으로 대향하는 내부요홈(35)과 외측으로 대향하는 외부요홈(36)을 갖춘다. 양극버스바(31)와 음극버스바(32)는 단자블록(34)의 내부요홈(35)을 이용하여 긴밀하게 결합된다. 양극버스바(31)와 음극버스바(32)의 결합은 볼팅이 보편적이지만 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 후면결선부재(30)는 전면결선부재(20)와 와이어(26)를 이용하여 설정된 경로로 연결되는 것을 특징으로 한다.
도 1 및 도 2에서, 전면결선부재(20)와 후면결선부재(30)을 연결하는 방식에 다소 차이를 나타낸다. 도 1은 4개의 와이어(26)가 후면결선부재(30)의 양단과 중앙으로 분산되어 연결되고, 도 2는 4개의 와이어(26)가 후면결선부재(30)의 양단의 단자블록(34)으로 연결된다. 전자의 경우 결선 구조가 다소 복잡화되며 와이어(26) 대신 버스바 구조가 적합하다. 후자의 경우 유연성을 지닌 와이어(26)를 사용하여 단자블록(34)에 결선하기 간편하다. 와이어(26)는 양단에 단자를 갖춘 동축케이블 또는 동등ㆍ유사한 대체물을 사용한다.
또한, 본 발명에 따르면 연결버스바(40)가 상기 하우징(10)을 횡으로 연결하는 경우 인접한 연결구(17)를 통하여 병렬회로를 구성하는 구조를 이룬다.
도 3 및 도 4에서, 인접하는 하우징(10)의 연결구(17)에 연결버스바(40)가 연결되는 상태를 나타낸다. 연결버스바(40)는 일측 하우징(10)의 양극버스바(31) 및 음극버스바(32)를 타측 하우징(10)의 양극버스바(31) 및 음극버스바(32)와 병렬회로로 연결한다. 물론 연결버스바(40)는 전기적 연결을 요체로 하지만 기계적 연결도 수행한다. 연결버스바(40)는 연결구(17)로 노출된 단자블록(34)의 외부요홈(36)에 볼팅으로 결합되지만 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 연결버스바(40)는 방수성, 방진성, 전자기 차폐성을 갖춘 케이스(48)에 개폐 가능하게 밀폐되는 것을 특징으로 한다.
도 2 및 도 3에서, 인접하는 하우징(10)을 연결하는 연결버스바(40)가 케이스(48)에 의하여 보호된 상태를 나타낸다. 케이스(48)는 하우징(10)과 마찬가지로 방수, 방진, 방음의 실링 기능과 더불어 전자기 차폐성을 갖추는 것이 좋다. 물론 하우징(10)의 연결되지 않는 연결구(17) 및 단자블록(34)도 별도의 케이스를 이용하여 개폐 가능하게 은폐한다.
본 발명에 의하면, 하우징(10)의 도어(11)를 개방하지 않고 외부에서 후면결선부재(30)와 연결버스바(40)를 이용하여 횡으로 병렬 연결이 가능하므로 실링 기능이 유지되어 작동 신뢰성과 내구성을 향상할 수 있다.
본 발명의 변형예로서, 상기 단자블록(34)은 연결버스바(40)에 맞물리는 구배부(41)를 갖춘 가동후크(44)를 더 구비하고, 가동후크(44)는 설정치 이상의 충격에서 파단되는 가동편(46)을 통하여 결합을 유지하는 것을 특징으로 한다.
도 5(a)를 참조하면, 단자블록(34)을 구성하는 구배부(41), 가동후크(44), 탄성체(45), 가동편(46) 등이 나타난다. 단자블록(34)의 ㄷ자형 외부요홈(36)의 상측에 가동후크(44)가 결합된다. 가동후크(44)는 일면에 형성된 구배부(41)를 통하여 연결버스바(40)에 접촉된다. 연결버스바(40)도 가동후크(44)와 접촉되는 영역에 구배부를 형성한다. 가동후크(44)는 가동편(46)을 개재하여 단자블록(34)에 분리 가능하게 결합된다. 가동편(46)은 지진, 단락, 과부하(과열) 등의 기계적ㆍ열적 충격에 대응하여 파단 또는 연신되는 물성을 갖춘다. 도시에는 생략하나 가동편(46)은 솔레노이드를 이용한 전기적 방식도 가능하다. 탄성체(45)는 단자블록(34)에서 연결버스바(40)를 분리시키는 방향으로 탄성력을 작용한다.
이와 같은 구성은 양극버스바(31)에 연결되는 단자블록(34)에 예시하지만 음극버스바(32)에 연결되는 단자블록(34)에도 적용할 수 있다.
본 발명의 또 다른 변형예로서, 상기 후면결선부재(30)는 연결버스바(40)의 탄성변형을 유발하도록 완충편(38)을 더 구비하고, 상기 연결버스바(40)는 탄성변형을 유발하도록 적층부(42)를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
도 5(b)에서, 후면결선부재(30)의 완충편(38)과 연결버스바(40)의 적층부(42)를 동시에 나타내지만 어느 하나만 적용할 수도 있다. 완충편(38)은 고탄성과 도전성을 갖춘 소재로 형성되고 단자블록(34)의 외부요홈(36)의 적어도 일면에 부착된다. 연결버스바(40)의 적층부(42)는 동합금 박판을 다수개 적층한 구조이고 일면 또는 양면에 형성된다. 어느 경우에나 완충편(38)과 적층부(42)는 지진과 같은 충격이 작용할 때 하우징(10) 간의 요동에 의한 충격을 완화한다.
본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음이 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.
10: 하우징 13: 랙
15: 배터리 17: 연결구
20: 전면결선부재 21: 양극터미널
22: 음극터미널 24: 단자대
26: 와이어 30: 후면결선부재
31: 양극버스바 32: 음극버스바
34: 단자블록 35: 내부요홈
36: 외부요홈 38: 완충편
40: 연결버스바 41: 구배부
42: 적층부 44: 가동후크
45: 탄성체 46: 가동편
48: 케이스

Claims (7)

  1. 배터리 모듈의 랙하우징을 연결하는 구조에 있어서:
    후면에 연결구(17)를 갖춘 하우징(10);
    상기 하우징(10)의 전면에서 양극터미널(21)과 음극터미널(22)을 개재하여 다수로 적층된 배터리(15)를 직렬로 연결하는 전면결선부재(20);
    상기 하우징(10)의 후면에서 복수의 양극터미널(21)과 복수의 음극터미널(22)을 병렬로 연결하는 후면결선부재(30); 및
    상기 하우징(10)을 횡으로 연결하는 경우 인접한 연결구(17)를 통하여 병렬회로를 구성하는 연결버스바(40);를 포함하되,
    상기 후면결선부재(30)는 연결버스바(40)의 탄성변형을 유발하도록 완충편(38)을 더 구비하고, 상기 연결버스바(40)는 탄성변형을 유발하도록 적층부(42)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 랙하우징의 연결 구조.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 하우징(10)의 연결구(17)는 일측과 타측의 대칭적 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 랙하우징의 연결 구조.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 후면결선부재(30)는 양단에 각각 단자블록(34)을 갖춘 양극버스바(31)와 음극버스바(32)를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 랙하우징의 연결 구조.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 후면결선부재(30)는 전면결선부재(20)와 와이어(26)를 이용하여 설정된 경로로 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 랙하우징의 연결 구조.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 단자블록(34)은 연결버스바(40)에 맞물리는 구배부(41)를 갖춘 가동후크(44)를 더 구비하고, 가동후크(44)는 설정치 이상의 충격에서 파단되는 가동편(46)을 통하여 결합을 유지하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 랙하우징의 연결 구조.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 연결버스바(40)는 방수성, 방진성, 전자기 차폐성을 갖춘 케이스(48)에 개폐 가능하게 밀폐되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 랙하우징의 연결 구조.
  7. 삭제
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